Verfahren und Vorrichtung zum Steuern von Flüssigkeiten Stand der Technik Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es aus der DE 198 26 339 Al bekannt ist. Die dazu verwendete Vorrichtung weist ein von einem Piezo betätigtes Ventilglied auf, das einen Steuerraum zu einem Abflußbehälter hin verschließt oder öffnet. Charakteristisch für eine derartige Vorrichtung sind stets eine dem Ventilglied vorgeschaltete Zulaufdrossel sowie eine in der Verbindung zwischen dem Ventilglied und einem Abflußbehälter angeordnete Ablaufdrossel. Über die geometrische Ausbildung der Zulauf- und Ablaufdrossel und deren Verhältnis zueinander lässt sich beim Entlasten des Steuerraums die Öffnungsgeschwindigkeit und die Geschwindigkeitscharakteristik der den Kraftstoff dosierenden, über den Steuerraum mit dem Ventilglied mittelbar verbundenen Ventilnadel beeinflussen. Das Ventilglied dient somit im wesentlichen als Sperrglied zum Abflußbehälter hin, wobei das Ventilglied lediglich zwei Stellungen einnehmen muß, eine Öffnungs-und eine Schließstellung.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern von Flüssigkeiten mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß beim Entlasten des Steuerraums zum Einleiten eines Einspritzvorgangs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine das Verhältnis von über die Zulaufdrossel in den Steuerraum zufließenden Kraftstoff zum über das Ventilglied in den Abflußbehälter abströmenden Kraftstoff variabel beeinflußbar ist. Dadurch läßt sich die Öffnungsgeschwindigkeit der Ventilnadel im Motorenkennfeld drehzahl-bzw. lastabhängig verändern, so daß stets optimale oder zumindest günstige Einspritzverlaufsformen möglich sind. Dies ist sowohl für die sogenannte Voreinspritzung als auch getrennt davon für die sogenannte Haupteinspritzung möglich.

Eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich neben der reduzierten Teileanzahl durch den Wegfall der Ablaufdrossel insbesondere durch Verwendung eines einfacheren Piezos aus. Dies ergibt sich daraus, daß es bei den bisherigen Systemen mit Zulauf-und Ablaufdrossel auf einen bestimmten Mindesthub des Piezos ankommt, damit bei geöffnetem Ventilglied der Durchfluß des Kraftstoffs über das Ventilglied nur durch das Verhältnis von Zulauf-zur Ablaufdrossel beeinflußt wird. Der nunmehr verwendete Piezo kann jedoch aufgrund des geringeren erforderlichen Hubs kürzer bauen. Der kürzere erforderliche Hub des Piezos hat darüber hinaus zur Folge, daß sich die erforderliche Leistungsaufnahme des Piezos verringert, wodurch zusätzlich nur ein relativ kostengünstiges und kleines Steuergerät für den Piezo erforderlich wird.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und deren Vorrichtung zum Steuern von Flüssigkeiten sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine schematische Darstellung einer Kraftstoff- einspritzvorrichtung, Figur 2 einen Teil eines Einspritzventils im Längs- schnitt und Figur 3 ein Detail des Einspritzventils nach Figur 2 entsprechend Ausschnitt A der Figur 2.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Figur 1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil 10 in vereinfachter Darstellung, das ein Einspritzventilgehäuse 12 mit einer gestuften Bohrung 13 aufweist, in der eine Ventilnadel als Einspritzventilglied 15 geführt ist. Dieses weist an seinem einen Ende eine kegelförmige Dichtfläche 16 auf, die mit einem kegelförmigen Ventilsitz 17 am Ende der gestuften Bohrung 13 zusammenwirkt. Stromabwärts des Ventilsitzes 17 sind Kraftstoffeinspritzöffnungen 18 angeordnet, die beim Aufsetzen der Dichtfläche 16 auf dem Ventilsitz 17 von einem Druckraum 19 getrennt werden. Der Druckraum 19 erstreckt sich über einen um den sich an die Dichtfläche 16 stromaufwärts anschließenden, mit kleinerem Durchmesser versehenen Teil 21 des Einspritzventilglieds 15 herum gebildeten Ringraum 22 bis zum Ventilsitz 17 hin. Der Druckraum 19 ist über eine Druckleitung 23 mit einer

Kraftstoffhochdruckquelle in Form eines Kraftstoffhochdruckspeichers 24 verbunden, der zum Beispiel von einer mit variabler Förderrate fördernden Hochdruckpumpe 25 aus einem Vorratsbehälter 27 mit Kraftstoff, der auf Einspritzdruck gebracht ist, versorgt wird. Der Kraftstoffhochdruckspeicher 24 versorgt dabei mehrere der gezeigten Kraftstoffeinspritzventile 10. Es derartiges Kraftstoffeinspritzsystem wird als"Common-Rail-System" bezeichnet. Im Bereich des Druckraums 19 geht der im Durchmesser kleinere Teil 21 des Einspritzventilglieds 15 mit einer zum Ventilsitz 17 weisenden Druckschulter 28 in einen im Durchmesser größeren Teil 29 des Einspritzventilglieds 15 über. Dieser ist in der gestuften Bohrung 13 dicht geführt und setzt sich auf der der Druckschulter 28 abgewandten Seite in einem Zwischenteil 30 bis hin zu einem kolbenförmigen Ende 31 des Einspritzventilglieds 15 fort. Im Bereich des Zwischenteils 30 hat dieses einen Federteller 32, zwischen dem und dem Einspritzventilgehäuse 12 eine Druckfeder 33 eingespannt ist, die das Einspritzventilglied 15 in Schließstellung beaufschlagt.

Das kolbenförmige Ende 31 des Einspritzventilglieds 15 begrenzt mit einer Stirnseite 34, deren Fläche größer ist als die der Druckschulter 28 im Einspritzventilgehäuse 12 einen Steuerraum 35. Der Steuerraum 35 ist über eine Zulaufdrossel 36 in ständiger Verbindung mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher 24. Gleichzeitig ist der Steuerraum 35 über einen Abflußkanal 38 mit einem Entlastungsraum 39 verbunden, der zum Beispiel auch der Vorratsbehälter 27 sein kann. Der Durchgang des Abflußkanals 38 wird durch ein Steuerventil 40, das als 2/2-Wegeventil ausgebildet ist, gesteuert.

In der Figur 2 ist das Kraftstoffeinspritzventil 10 näher dargestellt. Das Steuerventil 40 ist dabei wenigstens teilweise in das Einspritzventilgehäuse 12 integriert. Das Steuerventil 40 weist einen Ventilstößel 42 auf, der in einer zur Bohrung 3 fluchtenden Bohrung 43 gleitend geführt ist. Von der Bohrung 43 zweigt auch der Abflußkanal 38 ab.

Das dem Steuerraum 35 zugewandte Ende des Ventilstößels 42 weist ein Ventilglied 44 mit einer kegelförmigen Dichtfläche 45 auf. Das Ventilglied 44 ist in einem Federraum 46 angeordnet, der über einen Verbindungskanal 47 mit dem Steuerraum 35 verbunden ist. Zwischen dem Federraum 46 und der Bohrung 43 ist eine Sitzkante 48 (es ist auch eine kegelförmige Sitzfläche denkbar) ausgebildet (Figur 3), die mit der Dichtfläche 45 einen Dichtsitz bildet. Zwischen der dem Steuerraum 35 zugewandten Stirnseite des Ventilglieds 44 und dem dem Verbindungskanal 47 zugewandten Boden 49 des Federraums 46 ist eine Druckfeder 50 angeordnet, die das Ventilglied 44 in Richtung der Sitzkante 48 beaufschlagt.

Die dem Ventilglied 44 gegenüberliegende Stirnfläche 52 des Ventilstößels 42 mündet in einen als hydraulischen Übersetzer 53 wirkenden Druckmittelraum 54. In diesem Bereich ist der Ventilstößel 42 dichtend in der Bohrung 43 geführt, während zwischen der Sitzkante 48 und dem Abflußkanal 38 zum Beispiel ein Spalt oder ein Ringraum 51 zwischen dem Ventilstößel 42 und der Bohrung 43 ausgebildet ist, um das Abfließen von Kraftstoff zu ermöglichen. Der Druckmittelraum 54 weist einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser der Bohrung 43. In die der Bohrung 43 gegenüberliegende offene Stirnseite des Druckmittelraums 54 taucht ein Stößel 56 ein, der mit einem Piezo 57 gekoppelt ist. Somit wird das Steuerventil 40 hauptsächlich gebildet aus dem Ventilglied 44, dem hydraulischen Übersetzer 53 und dem Piezo 57.

Die Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzventils 10 über das Steuerventil 40 bzw. den Piezo 57 erfolgt über ein Steuergerät 58, das in Abhängigkeit von Betriebsparametern die Steuerventile 40 der einzelnen Kraftstoffeinspritzventile 10 ansteuert, ferner mit einem Drucksensor 59 den Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher 24 erfaßt und entsprechend der Abweichung von einem gewünschten Sollwert die variabel fördernde Hochdruckpumpe 25 steuert.

Parallel zu dieser kann ein Druckbegrenzungsventil 60 vorgesehen sein, das auch als Drucksteuerventil in Abhängigkeit von Betriebsparametern steuerbar ist, je nach Konzeption der Kraftstoffhochdruckmengenversorgung. Auch kann die Hochdruckpumpe 25 ständig in gleicher Menge fördern und über das Druckbegrenzungsventil 60, das hier explizit als Drucksteuerventil anzusehen ist, der Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher 24 eingeregelt werden.

Die oben beschriebene Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die insbesondere Bestandteil einer Dieselbrennkraftmaschine ist, arbeitet wie folgt : Bei geschlossenem Steuerventil 40, d. h. nicht betätigtem Piezo 57 drückt die Druckfeder 50 das Ventilglied 44 mit seiner Dichtfläche 45 gegen die Sitzkante 48. Aufgrund der ständigen Verbindung des Steuerraums 35 mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher 24 ist der im Steuerraum 35 herrschende Druck auf hohem Niveau. Weil die Fläche der Stirnseite 34 größer ist als die Fläche der Druckschulter 28, und der auf beiden Flächen wirkende Druck in dem Moment gleich groß ist, ergibt sich eine resultierende, durch die Druckfeder 33 unterstützte Kraft, die das Einspritzventilglied 15 in geschlossener Stellung in bezug auf die Kraftstoffeinspritzöffnungen 18 hält. Zur Auslösung einer Einspritzung wird der Piezo 57 vom Steuergerät 58 angesteuert, so daß der Stößel 56 stärker in den

hydraulischen Übersetzer 53 bzw. den Druckmittelraum 54 eintaucht. Infolge dessen beginnt auch das Ventilglied 44 sich in Richtung des Steuerraums 35 zu bewegen. Beim Abheben der Dichtfläche 45 des Ventilglieds 44 von der Sitzkante 48 wird dabei ein Ringspalt 61 gebildet. Die Größe des Ringspalts 61 und somit die durch den Ringspalt 61 zum Abflußkanal 38 abströmende Kraftstoffmenge ist dabei proportional zum Hub des Ventilglieds 44. Durch den über den Federraum 46 abströmenden Kraftstoff kann der Steuerraum 35 zum Entlastungsraum 39 entlastet werden, so daß, abgekoppelt vom Kraftstoffhochdruckspeicher 24 durch die Zulaufdrossel 36, sich im Steuerraum 35 ein Druck niedrigeren Niveaus einstellt. In diesem Fall überwiegen die auf die Druckschulter 28 in Öffnungsrichtung wirkenden Druckkräfte und das Kraftstoffeinspritzventil 10 wird zur Einspritzung geöffnet, womit der Einspritzzeitpunkt und der Einspritzbeginn festgelegt sind.

Wesentlich dabei ist, daß über die Hubgeschwindigkeitscharakteristik des Ventilglieds 44 bzw. die Charakteristik des sich verändernden Ringspalts 61 die Abströmcharakteristik des Kraftstoffs in den Entlastungsraum 39 und somit mittelbar die Charakteristik der Bewegung des Einspritzventilglieds 15, insbesondere dessen Öffnungsgeschwindigkeit, beeinflußt und geregelt wird.

Durch Wiederschließen des Steuerventils 40 bzw. des Piezos 57 stellt sich im Steuerraum 35 sehr schnell der ursprüngliche hohe Kraftstoffdruck wieder ein, da der Kraftstoff über die Zulaufdrossel 36 weiterhin zufließen kann. Dadurch gelangt das Einspritzventilglied 15 wieder in seine Ausgangsstellung bzw. Schließstellung zur Beendigung der Hochdruckeinspritzung zurück.